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基于 AT89C52 单片机的 LED 显示屏控制系统设计
摘要 -本文介绍了基于 AT89C52 单片机的硬件和软件的显示设计过程。我们使用一个简单的外部电路来控制显示屏, 尺寸是 32 x 192。显示屏幕还可以通过动态扫描模式显示 32 x 32 大小的点阵汉字, 并可分为两个小显示屏, 可以显示二十四个汉字的大小为16times;16。我们可以修改代码来改变显示内容, 字幕可以实现滚动功能，滚动速度可以根据要求调整, 字幕也可以实现暂停功能。汉字码存储在外部数据存储器中, 数据存储容量根据我们想要显示的汉字的要求展开。本显示屏具有体积小、硬件少、电路结构简单等优点。
索引术语 -LED, 汉字显示, AT89C52
- 介绍
LED 显示屏已成为城市照明、现代化和信息社会的重要标志, 并不断改善和美化人们的生活环境 [6]。LED 灯可以在大型商场、火车站、码头、地铁站、各种管理窗口等场所看到。LED 业务已成为一个快速发展的新兴产业, 有巨大的市场空间和光明的前景 [9]。文本、图片、动画和视频由 LED 显示, 内容可以更改。部分组件是模块化结构的显示设备, 通常由显示模块、控制系统和电源系统组成。显示模块由由 LED 组成的晶格结构构成, 负责发光显示;该屏幕可通过控制系统显示文本、图片、视频等, 并可控制相应区域内 LED 的光或暗;电力系统负责将输入电压转换为电压和电流的屏幕需要。LED 点阵显示通过 PC 提取显示字符字体, 并发送到微控制器, 然后显示在点阵屏幕上, 主要用于显示室内和室外字符。LED 点阵显示屏可分为图形显示、显示内容的图像显示和视频显示。与图像显示相比, 无论是单色还是彩色显示, 图形显示的特征都不存在灰度差异。因此, 图形显示也无法反映色彩的丰富性, 而视频显示不仅能显示运动、清晰和全彩色图像, 还可以显示电视和计算机信号。虽然有些区别在三之间, 但最基本的原则是相似的 [6]。
单片机具有优良的性价比, 体积小, 可靠性高, 控制能力强, 广泛应用于智能仪表、机电一体化、实时过程控制、机器人、家用电器、模糊控制、通信系统等领域。等。
本文描述了 LED 显示屏的相关原理, 并详细介绍了硬件和软件结构的设计, 最后对总体设计进行了仿真, 并对结果进行了分析。
- 系统总体结构设计
根据控制系统的目标、功能、可靠性、成本、精度和速度, 选择了单片机 (SCM) 模型。根据课题的实际情况, 单片机模型的选择主要从以下两个方面考虑: 一是单片机具有较强的抗干扰能力;第二, 单片机具有较高的成本效益。由于 MCS-51 在中国的广泛应用, 有更多的信息, 也可以与更多外围芯片兼容, 特别是 ATMEL 公司, 2003年推出了新一代微控制器, 即89S 系列, 其典型产品具有高性能和低成本的单片机是 AT89C52。AT89C52 是一种低电压、高性能 CMOS 8 位微控制器, 芯片包括 8 KB 只读程序存储器 (PEROM), 可重复擦除, 256byte 随机存取数据存储器 (RAM), 器件采用高密度非易失性存储器技术来生产、兼容采用标准的 MCS-51 指令集和8052产品, 而芯片内置通用8位中央处理器 (CPU), 闪存存储单元, 可应用于较为复杂的控制应用 [10]。
该系统由 AT89C52 芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路、线路驱动电路和 32 x 32 led 点阵组成的电路实现, led 显示屏的整体结构显示在图1中。一个显示单元由点矩阵和两个74HC154 组成。数据信号分为两个部分, 分别为两个 8255A, 但8255A 数据来自 P0 端口主控制器 AT89C52。每个字符的列扫描信号由两个 74HC154, 74HC154 12 块, 被分成六组。AT89C52 的 P1.0 P1.3 给出了74HC154 的输入信号。与 P0 端口 AT89C52 连接的外部数据内存6264.
图 1 LED 字符的整体结构显示
- 系统硬件电路设计
汉字的大小是 32 x 32, 但单片机有 32 i/o 端口, 不能满足设计要求, 因此 i/o 端口必须扩展, 数据端口扩展实现了两个8255A。数据端口扩展显示在图2中, 74HC373 是地址闩锁, 并且闩锁低八地址, 低八地址信号6264由它提供, 但八个高6264地址信号由 P2.0 ~ P2.4 提供, 8255A 的内部由 A0 和 A1 选择。74HC139 是2-4 解码器, 其输入信号由单片机的 P2.6 和 P2.7 提供, 并为外部 i/o 设备提供了频闪, 因为系统有多个外部设备, 确保它们不能被门控, 因此他们的地址是唯一的, 不重新修改。
时钟电路的 AT89C52 由 18, 19 英尺的时钟侧 (XTALI 和 XTAL2), 12MHz 晶体 X, 电容器 C1 和 C2, 并使用芯片振荡器模式。
复位电路采用简单的电源复位电路, 主要构成电阻 R1、电容器 C3, 连接到 AT89C52#39;s 复位输入端。
图 2. 单片机控制系统电路
汉字的大小在设计中是32times;32的, 每个字符由四个部分组成 (a)、(b)、(c) 和 (d), 每个部分由四个 LED 矩阵组成, 大小为 8 x 8, 显示单元的电路分解图显示在图3中。(a) ~ (b) 的线信号由两个8255A 发出, 1PA0 ~ 1PA7 和 1PB0 ~ 1PB7 是 pa 和 pb 端口的 8255 a-1, 2PA0 ~ 2PA7 和 2PB0 ~ 2PB7 是 pa 和 pb 端口 8255 2, 右图代表列扫描信号, 由74HC154 给出。16列闪光灯74HC154 (a) ~ (d) 需要八信号, 因此 (a) 和 (b) 共享一个74HC154、(c) 和 (d) 共享一个74HC154。显示字符需要两个提供列扫描信号的74HC154。当电路工作时, (a) ~ (d) 通过正确的顺序扫描信号被门控, 一次只有一个被门控, 其他列被熄灭, 显示的数据由两个8255A 片同时提供, 人的眼睛将看到一个稳定的画面是因为人眼的视觉。另外, 由于每个显示屏的汉字都需要128字节的存储空间, 但是 AT89C52 单片机芯片只有256字节的数据存储器, 它远远低于设计要求, 所以我们的扩充存储空间由 8K x 8 外部数据存储器6264。
图 3. 显示单元的电路分解图
Inte1 8255A 是一种通用的可编程并行输入/输出接口芯片。其功能可通过软件程序设置, 具有较强的通用性。它可以直接通过 CPU 数据总线连接到外部设备, 使用方便、灵活。Inte18255A 接口芯片有三8位并行输入输出端口, 编程方法可用于将三端口设置为输入端口或输出端口。芯片工作具有基本的输入输出、频闪输入/输出和双向输入/输出。当数据通过 CPU 的数据总线传输时, 它可以选择无条件地传输、查询传输或中断传输。在 Inte1 8255A 芯片三端口中, 端口 C 不仅可用于数据端口, 还可以用作控制端口。当端口 c 作为数据端口使用时, 它不仅可作为8位数据端口, 而且可以分别用作两个4位数据端口, 并且端口 c 的每个位都可以操作, 可以设置特定的位来输入或输出, 为位控制提供了方便的条件。
图 4. 线路数据单元电路
在显示单元电路的设计中, 线路数据由两个8255A 提供, 如图4所示. 本设计使用动态显示方式显示汉字, 可通过行或列扫描方式进行控制, 系统使用列扫描方法控制屏幕, 具体列扫描电路显示在图5。列扫描电路由12片74HC154 组成。两片74HC154 提供了32闪光灯来显示一个字符。74HC154 的输入信号是由 AT89C52 控制屏幕所提供的 P1.0 ~ P1.3, 但在设计中使用了12个 74HC154, 它们按顺序工作, 另一片74HC154 的输入是 P1.4 为控制屏幕提供的 P1.7 AT89C52。
图5 列扫描单元电路
PC 和 SCM 通过串行通信接口进行连接。为了实现单片机与 PC 机之间的串行通信功能, 单片机的串行接口级别将变为标准 RS-232C 级 [11]。PC RS-232C 端口的输出电压为12V。单片机和 PC 机, 考虑到短距离通信, 微控制器主要负责接收命令和数据, 使 PC 直接与单片机连接, 这是最简单的连接方法。通过通信电路将 PC TXD 端的信号转化为电流信号, 当信号发生时, optocouper 的红外 lightemitting 二极管有电流, 由二极管发射的光信号投射到三极管, 并转换为电信号, 然后输入到微控制器 RXD 侧, 从而实现光电转换, 并完全隔离电气, 以避免输出端产生的反馈和干扰。
- 软件设计
整个软件设计主要由显示程序和通信程序组成。通过动态扫描实现了在屏幕上显示的汉字、字符等数据的传输控制和显示功能。实时通信部分通过单片机串行中断与 pc 机通信接收数据信息, 实现了与 pc 机的实时数据信息传输。
上位机软件由 Visual Basic 实现。在标准串行通信中, MSCOMM 是由 VB 提供的电源通信控制, 它可以设置发送和接收数据的串行通信, 并设置串行通信端口状态、消息格式和协议, 直接发送数据由个人计算机的 rs-232/RS-485 串口。为了实现 PC 机与单片机的可靠通信, 确保双方具有相同的数据格式和波特率 [11], 本设计采用 RS-232 通信, 10 位数据格式, 9600bit/秒波特率。
汉字点阵显示与字码的原理
以中国时代新的罗马字体 UCDOS 为例, 每个词由16个times;16点矩阵组成。即全国标准汉字库的每一个字都用256格表示。我们可以理解每个点作为一个像素, 和每个词的形状被理解为一个图像。事实上, 这个字符显示屏幕不仅可以显示汉字, 还可以在256像素范围内显示任何图形。由于单片机的总线是8位, 一个词需要分成两部分, 如图7所示。
为了理解汉字点矩阵的构成定律, 首先用列扫描法得到了字符编码。汉字分为上半部分和下半部分, 上部由8times;16格组成, 下部由8times;16晶格组成。首先用柱扫描法显示上部左上角的第一列, 即 P00~P07 端口。
0栏, 方向 P00~P07, 汉字为 '大' 显示, P05 上, 另一关。即, 二进制是 00000100, 并将十六进制转换为04h。在上部的第一列结束后, 继续扫描第一列的下半部分, 从图7可以看出, 这一列不是全部, 即二进制是 00000000, 十六进制为00h。根据这个方法, 第二列, 第三列, 直到第十六被依次扫描。可以绘制字符 '大' 扫描代码。
04H, 00H, 04H, 02H, 04H, 02H, 04H, 04H
04H, 08H, 04H, 30H, 05H, 0C0H, 0FEH, 00H
05H, 80H, 04H, 60H, 04H, 10H, 04H, 08H
04H, 04H, 0CH, 06H, 04H, 04H, 00H, 00H
从这个原理可以看出, 不管是什么字体或图像显示, 我们都可以用这个方法来分析扫描代码并出现在屏幕上。
虽然上述方法允许我们计算字符点阵过程的代码, 但依赖于手工的字符代码方法是一个非常复杂的问题。为此, 使用字体软件查找字符代码, 在软件打开后输入要显示的内容, 字体和大小可以根据要求选择, 可以按行或按列选取模。按下按键, 十六进制数据字符代码可以自动生成, 我们需要将数据复制到程序中。
地址分配端口和数据内存
在本设计中, 我们采用了8255A、6264等外部器件, 其接口不相同, 因此频闪控制不同, 这涉及到地址分配问题。在系统中, 地址代码为 8255A 3FFCH ~ 3FFFH 和 7FFCH ~ 7FFFH, 地址码为 6264 0A000H ~ 0BFFFH。另外, 内存6264分为四个区域, 每个空间大小为 2K, 对应的地址码为 0A000H ~ 0A7FFH, 0A800H ~ 0AFFFH, 0B000H ~ 0B7FFH, 0B800H ~ 0BFFFH 分别。表1和表2分别显示了8255A 和6264的地址分配。
软件进程
软件程序由开始、初始化、显示程序、前端组成, 其中主程序和子例程流程图显示在图中. 8. 图9。存储在静态内存6264中的字符代码, 单片机将等待信号, 即单片机 pin P3.0 的输入信号。当 P3.0 从低到高时, 显示程序开始运行。首先, 控制字写入8255A 控制端口, 8255A在设计中以模式0的形式工作 。控制字完成后, 将显示从6264传输到8255A 的数据, 显示数据输出四次, 因为字符屏幕的线宽为 32, 一行数据是从上到下分别输入和传输的。, 单片机控制的第一行信号在数据传输结束后被门控, 因此第一列数据显示, 然后调用延迟过程显示稳定的内容。下一列数据在延迟过程结束后读取, 下一行被门控, 因此第二列数据也会显示, 等等, 因为屏幕大小为 32 x 192, 显示192行, 192行构成图像。然后, 从第一列开始扫描, 显示数据的起始地址在原始的基础上进行向后移位, 其中有地址溢出问题, 当数据地址溢出时, 它将为地址指针分配起始地址, 显示数据内容将不断重复。
图10显示了与 PC 和单片机通信的流程图。实时通信部分通过单片机串行中断与 pc 机通信接收数据信息, 实现了与 pc 机的实时数据信息传输。
- 仿真结果和分析
在硬件和软件设计完成后, 设计的内容进行了变形模拟, 并根据仿真结果对电路进行了修改或优化。是 EDA 工具软件的变形软件由英国 Labcente
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